在LED有限带宽约束下的正交频分复用多输入多输出可见光通信同步理论与方法研究

Visible light communication (VLC) which uses light emitting diode (LED) for simultaneous illumination and wireless information transfer, is becoming one of next key information technologies. However, the LED limited bandwidth restricts the high-speed and reliable data transmissions. In terms of ultra-reliability, high spectrum efficiency and low complexity, this project, for orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) multiple-input multiple-output (MIMO) VLC systems, is to 1) reveal the impact mechanism of the LED limited bandwidth on timing synchronization, and design a robust timing synchronization approach; 2) investigate the “sharing” mechanism of pilots/precoding, and efficiently employ a group of pilots/precoding to achieve frame synchronization, sampling clock offset and channel estimation, simultaneously. The proposed timing synchronization approaches are verified via a testbed built by hardware and software. The project aims at building the foundation for the development of VLC.

可见光通信以LED作为光源可以同时实现照明和无线通信，成为下一代关键信息技术之一。但是，LED具有有限调制带宽，制约了信息高速、可靠传输。本项目面向基于正交频分复用的多输入多输出可见光通信系统，围绕着高可靠性、高频谱效率、低复杂度的目标，拟1）明晰LED有限调制带宽对时间同步的影响机理，设计强鲁棒性时间同步方案；2）研究导频信号/预编码“复用”机制，高效运用一个导频信号/预编码同时实现帧同步、采样时钟同步和信道估计。该项目将在软硬实验平台上对提出的时间同步算法进行验证，为可见光通信发展奠定相关基础。

由于巨流量和巨量连接，无线通信将会对频谱资源产生巨量的需求，导致频谱资源日益紧缺。可见光则是解决频谱稀缺的有效方案之一，在未来将对国民经济发展、国防军事、社会民生、商务活动等都具有重大的科学意义和经济价值。可见光通信因为有限调制带宽，传输速率受到限制，制约了信息高速、可靠传输。同步是实现可见光通信的第一步，是保证信息正常传输的重要一步，也属于基础研究问题。本课题研究了可见光通信中LED有限带宽给多载波系统同步所带来的负面影响，明晰了LED有限带宽对时间同步的影响机理，设计了具有鲁棒性的时间同步算法，实现了通信系统可靠性。本课题研究目标为面向多载波可见光通信系统，研究高谱效、高可靠和低复杂度的时间同步算法。主要研究内容为在LED有限带宽情况下研究鲁棒性和高谱效帧检测算法，研究低复杂度和高谱效采样时钟偏移估计算法，以及研究有效导频复用方案。具体来说，分别研究了6个课题：频域时间同步算法、增强型零相关码同步算法、基于直流偏置的时间同步算法、基于虚子载波的时间同步算法、时间同步和信道估计联合算法、采样时间偏移和信道联合估计算法。

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